研究團隊用光纖電纜作傳感器，可實時監測海底環境

2022-06-03 08:36:50來源：OFweek光通訊網關鍵詞：光纖電纜傳感器閱讀量：21964

導讀：該團隊利用中繼器將光信號通過電纜和激光器傳輸時放大，展示了如何將一根電纜分成許多單獨的段，從而有效地將一根電纜轉換為一組基于干涉的環境傳感器。

　科學家們在部署基于光纖的環境傳感器方面取得了長足的進步，但在浩瀚的海洋之下要長期正常使用它們卻仍面臨著一系列運作與維修方面的挑戰。以往，信號衰減限制了一些光纖傳感器在沿海地區使用，而其他技術又通常只能測量整個海底光纜長度上的擾動，這就使得精確定位目標信號異常困難。

　　而最近，來自英國實驗室的科學家團隊宣布，他們已成功將現有的跨洋光纜轉換成一個由單個傳感器組成的干涉陣列，這將有望扭轉上述局面。

　　據悉，該團隊利用中繼器將光信號通過電纜和激光器傳輸時放大，展示了如何將一根電纜分成許多單獨的段，從而有效地將一根電纜轉換為一組基于干涉的環境傳感器。

　　研究小組將該技術應用到連接北美和歐洲的5860公里長的電纜上，結果成功探測到了幾次地震、微弱的地震運動和沿電纜的洋流。這其中包括兩個遙遙相隔的地震，一個在秘魯，另一個在大洋洲。此外，該團隊還證明，當數據傳輸通過光纖電纜的其他通道時，該方法仍然是有效的。

　　該研究展示了基于光纖的海底傳感技術的實用性，可以用于更精確地探測和更好地描述海底地震振動和洋流。

　　根據作者的說法，通過將這種技術應用到現有的海底通信電纜上，在不改變水下基礎設施的情況下，操作人員可以使用數千個永久性實時環境傳感器對幾乎不受監控的海底進行測量。

　　基于先前的基于后向散射方法的實驗(如分布式聲學傳感)，研究人員們已經發現高靈敏度技術的信號在100公里后會減弱，而這限制了該技術在距離海岸線的距離上的使用。最近的另一項研究采用了在海底電纜的整個長度上的相位或極化變化，海底電纜可以跨越海洋延伸到10000公里或更長距離。

　　英國國家物理實驗室(NPL)的朱塞佩·馬拉(Giuseppe Marra)和他的合作者們則采用了相反的思路，他們研究了在中繼器之間的電纜，這些中繼器放大了長距離的光信號。大多數中繼器使用一種被高損耗回環(HLLB)，它利用光纖布拉格光柵將部分傳輸的光沿著第二根光纖反射回到前一個報告器。

　　馬拉的研究小組用一種超不穩定的研究級激光器通過一條從加拿大哈利法克斯(Halifax)到英國紹斯波特(Southport)的光纜發射紅外光，在這條5860公里長的光纜上有128個中繼器，平均中繼器之間的跨度為46公里。通過在發射端安裝光電探測器和高精度干涉測量技術，研究人員可以一次從多達12個重復器收集HLLB信號。據馬拉和他的隊友表示，這項技術也可以用于遠程激光方面。

　　當一場7.5級的地震在2021年11月28日襲擊秘魯北部時，馬拉的團隊在他們測試的9個電纜段中的6個上發現了它。同樣，在印度尼西亞發生的7.3級地震中，9個電纜段中的5個采集到了信號。在這兩種情況下，研究人員都能夠通過陸基地震檢波器確定地震的位置。

　　通過將海底電纜轉換成環境傳感器陣列，人們將有望搭建起一個由數百或數千個永久實時海底傳感器組成的大型網絡，而無需修改現有的海底基礎設施。這有可能改變我們對地球內部淺層和深層過程的認識。

　　除了馬拉和他在國家物理實驗室的同事，來自英國愛丁堡大學、英國地質調查局(英國)、美國谷歌和意大利國家Ricerca計量研究所(INRIM)的研究人員也參與了這項工作。

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